(57)【要約】  【課題】有機材料層の電気的特性を維持しながら、極微細パターンの形成を実現する有機材料層形成方法を提供する。  【解決手段】この有機半導体発光素子は、電子注入電極３および正孔注入電極４と、有機半導体部５と、酸化シリコン膜２と、これを挟んで有機半導体部５に対向するゲート電極１とを備えている。有機半導体部５は、Ｐ型有機半導体材料層７およびＮ型有機半導体材料層６と、有機発光材料層８とを備えている。作製にあたり、Ｐ型有機半導体層７の反転パターンを有するレジスト２０が形成される。その後、ＨＭＤＳおよびチオール化合物を用いた表面処理が行われ、全面が露光される。次いで、Ｐ型有機半導体層７が全面に形成された後、アルカリ現像液によってレジスト２０が溶解させられ、Ｐ型有機半導体層７がリフトオフによりパターン化される。【選択図】        図３
2007066626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に有機材料層のパターンを形成するための有機材料層形成方法であって、
前記基板上に、形成すべき有機材料層パターンの反転パターンのレジストを形成する工程と、
前記基板表面において前記レジストから露出した露出部に対して、有機材料との密着性を強化するための表面処理を施す工程と、
前記レジスト上および露出部上に有機材料層を形成する工程と、
有機材料とレジストとで選択比のある水溶液で前記レジストを選択的に溶解させ、前記レジスト上の前記有機材料層を前記レジストとともにリフトオフする工程とを含むことを特徴とする有機材料層形成方法。
【請求項２】
前記リフトオフ工程より前に、前記基板上のすべての前記レジストを露光して、このレジストを前記水溶液に可溶な性質に化学変化させる全レジスト露光工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の有機材料層形成方法。
【請求項３】
前記水溶液は、アルカリ性水溶液であることを特徴とする請求項１または２記載の有機材料層形成方法。
【請求項４】
前記露出部には、酸化シリコン、アルミナおよび酸化窒化シリコンのうちの一種以上が前記レジストから露出しており、
前記表面処理が、シランカップリング剤を用いた表面処理を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の有機材料層形成方法。
【請求項５】
前記露出部には、金が露出しており、
前記表面処理が、チオール化合物を用いた表面処理を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の有機材料層形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板上に有機半導体材料等の有機材料を含む層のパターンを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体活性層に有機物層を用いた有機半導体装置の製造工程では、ガラス基板やシリコン基板などの基板上に有機材料の薄膜が形成される。この薄膜の形成には、一般に真空蒸着法が適用される。
より具体的には、真空チャンバ内に蒸着源が配置され、これに対向するように薄膜を形成すべき基板が配置される。さらに、この基板と蒸着源との間にシャドウマスクが配置される。シャドウマスクには、基板に形成すべき薄膜のパターンに対応した微細な開口が形成されている。蒸着源において蒸発し、基板に向かって飛来する材料分子は、シャドウマスクの開口を通って、基板表面に達して付着し、有機材料の薄膜のパターンを形成する。
【特許文献１】特開２００４−２１４０１５号公報
【特許文献２】特開平８−３７２３３号公報
【特許文献３】特開平６−３７１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、シャドウマスクを用いた前述の方法では、極微細な有機材料層のパターンを形成することができず、数μｍオーダーのパターンが微細化の限界である。したがって、有機材料を用いた素子の微細化および高集積化には、必ずしも適した方法であるとは言えない。
一方、有機材料層のパターニングのために、基板上のレジストとともに不要な膜部分を除去するリフトオフ法を適用することが考えられるかもしれない。
【０００４】
しかし、一般のリフトオフ法は、レジストを溶解させる最終工程において、有機溶媒を使用する。この有機溶媒は、基板上の有機材料層を浸食し、その電気的特性を損なわせるおそれがある。たとえ、有機材料層が有機溶媒に対して難溶性のものであったとしても、有機溶媒は、とくに微細なパターンの有機材料層の電気特性に無視できない影響を及ぼす。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、有機材料層の電気的特性を維持しながら、極微細パターン（好ましくは、１マイクロメーター以下のサブミクロンオーダーのパターン）の形成を実現する有機材料層形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板上に有機材料層のパターンを形成するための有機材料層形成方法であって、前記基板上に、形成すべき有機材料層パターンの反転パターンのレジストを形成する工程と、前記基板表面において前記レジストから露出した露出部に対して、有機材料との密着性を強化するための表面処理を施す工程と、前記レジスト上および露出部上に有機材料層を形成する工程と、有機材料とレジストとで選択比のある水溶液で前記レジストを選択的に溶解させ、前記レジスト上の前記有機材料層を前記レジストとともにリフトオフする工程とを含むことを特徴とする有機材料層形成方法である。「基板」は、表面に絶縁膜、金属膜その他の膜が形成された状態のものであってもよい。この場合の「基板表面」とは、膜が形成された基板の最表面をいう。
【０００７】
この方法によれば、有機材料とレジストとで選択比のある水溶液を用いてレジストを選択的に溶解させることによって、有機材料層のリフトオフが行われる。水溶液による有機材料層の浸食は、無視できるほど小さく、したがって、有機材料層を極微細パターン（たとえば、１マイクロメーター以下のサブミクロンオーダーのパターン）にパターン化する場合でも、その電気的特性への影響は無視できる。また、有機材料層形成前の表面処理により、レジストからの露出部における基板と有機材料層との密着力が強化されるので、リフトオフ時に有機材料層の必要部分が基板から剥離してしまうことを抑制できる。このようにして、有機材料層の精密なパターンを基板上に形成することができる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記リフトオフ工程より前（好ましくは、有機材料層形成工程の前）に、前記基板上のすべての前記レジストを露光して、このレジストを前記水溶液に可溶な性質に化学変化させる全レジスト露光工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の有機材料層形成方法である。
この方法では、リフトオフ工程前にレジストの全面露光が行われることによって、リフトオフ時に使用する水溶液に対して、有機材料層とレジストとの間で可溶／不溶の選択比を大きくとることができる。これにより、より精密な有機材料層のパターンを形成することができる。
【０００９】
また、基板上に複数種類の有機材料層を形成するような場合に、この複数種類の有機材料層とレジストとの選択比を確保することが容易になる。そのため、複数種類の有機材料層を一気にリフトオフしたりすることが可能となる。
請求項３記載の発明は、前記水溶液は、アルカリ性水溶液（好ましくは、アルカリ現像液）であることを特徴とする請求項１または２記載の有機材料層形成方法である。
【００１０】
一般に、レジストは、アルカリ水溶液に可溶であるように設計され、露光後の現像工程では、アルカリ現像液が用いられることが多い。したがって、リフトオフ工程においてアルカリ水溶液を用いることによって、有機材料層に対するレジストの選択比を大きくとることができ、精密なリフトオフが可能になる。
請求項４記載の発明は、前記露出部には、酸化シリコン、アルミナおよび酸化窒化シリコンのうちの一種以上が前記レジストから露出しており、前記表面処理が、シランカップリング剤を用いた表面処理を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の有機材料層形成方法である。
【００１１】
この方法によれば、酸化シリコン、アルミナおよび酸化窒化シリコンのうちの一種以上がレジストから露出しており、これらの物質が露出した露出部に対してシランカップリング剤を用いた表面処理（密着強化処理）が施される。この表面処理の後に有機材料層を形成すると、この有機材料層は当該露出部に強固に密着することになる。したがって、その後のリフトオフ工程において、有機材料層の必要部分が剥離されることを効果的に防止できる。
【００１２】
前記シランカップリング剤の例としては、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）およびＯＴＳ（オクタデシルトリクロロシラン）を挙げることができる。
請求項５記載の発明は、前記露出部には、金が露出しており、前記表面処理が、チオール化合物を用いた表面処理を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の有機材料層形成方法である。
【００１３】
この方法によれば、チオール化合物を用いた表面処理によって、露出部において露出している金部分に対してその後に形成される有機材料層が強固に密着する。これにより、その後のリフトオフ工程において、金部分の表面の有機材料層が剥離することを抑制または防止できる。
たとえば、前記露出部から、酸化シリコン、アルミナおよび酸化窒化シリコンのうちの一種以上とともに、金が露出している場合には、前記表面処理は、シランカップリング剤を用いた表面処理（密着強化処理）と、チオール化合物を用いた表面処理（密着強化処理）との両方を含むことが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る方法が適用される有機半導体発光素子の構成を図解的に示す断面図である。この有機半導体発光素子は、ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）としての基本構造を有する素子である。この有機半導体発光素子は、シリコン基板の表層部に高濃度にＮ型不純物を導入して形成された不純物拡散層からなるゲート電極１と、このゲート電極１上に積層された絶縁膜としての酸化シリコン膜２と、この酸化シリコン膜２上に所定の間隔（たとえば、１０μｍ）を開けて形成された一対の電極３，４と、この一対の電極３，４に接するように配置された有機半導体部５とを備えている。
【００１５】
一対の電極３，４の一方は有機半導体部５に電子を注入する電子注入電極３であり、他方は有機半導体部５に正孔を注入する正孔注入電極４である。
有機半導体部５は、電子注入電極３から注入される電子と正孔注入電極４から注入される正孔とを再結合させて発光を生じさせる。より詳細には、有機半導体部５は、電子注入電極３に接して形成されたＮ型有機半導体材料層６（Ｎ型有機材料層）と、正孔注入電極４に接して形成されたＰ型有機半導体材料層７（Ｐ型有機材料層）と、これらの間に介在された有機発光材料層８とを有している。Ｐ型有機半導体材料層７は、正孔注入電極４の上面および電子注入電極３に対向する側面を覆い、さらに電極３，４間の酸化シリコン膜２上を電子注入電極３に向かって延びて形成されていて、その先端部は、電極３，４の間の電極間領域１０（チャネル）の中間部１１に至っている。有機発光材料層８は、Ｐ型有機半導体材料層７を覆い、さらに、電極間領域１０の中間部１１よりも電子注入電極３側の領域において、酸化シリコン膜２に接し、その先端は電子注入電極３に至っている。そして、Ｎ型有機半導体材料層６は、電子注入電極３の上面および正孔注入電極４に対向する側面を覆い、さらに、有機発光材料層８を覆うように正孔注入電極４に向かって延びている。したがって、Ｎ型有機半導体材料層６およびＰ型有機半導体材料層７は、電極間領域１０において、中間部１１から正孔注入電極４に至る領域にＰＮ接合域１２を有している。なお、図１では、電子注入電極３と正孔注入電極４との間の中点位置を中間部１１として図示しているが、一般に、「中間部１１」とは、電子注入電極３と正孔注入電極４との間の中点位置を中心とし、電極間領域１０の１／２の幅の範囲内のいずれかの位置を指すものとする。以下、他の実施形態においても同様である。
【００１６】
Ｎ型有機半導体材料層６は、少なくとも中間部１１付近まで電子を輸送することができる電子輸送層として機能する。Ｐ型有機半導体材料層７は、少なくとも中間部１１付近まで正孔を輸送することができる正孔輸送層として機能する。有機発光材料層８は、Ｎ型有機半導体材料層６から電子の供給を受け、Ｐ型有機半導体材料層７から正孔の供給を受けて、これらを再結合させて発光を生じさせる。有機発光材料層８は、キャリヤ輸送能力を有している必要はないが、Ｎ型有機半導体材料層６およびＰ型有機半導体材料層７よりも発光量子効率の高い有機半導体材料からなるものであることが好ましい。
【００１７】
ゲート電極１は、少なくとも電極間領域１０において、酸化シリコン膜２を介して有機半導体部５に対向するように一体的に形成されている。発光動作時には、たとえば、ゲート電極１に対してゲート制御回路１５から負のゲート制御電圧Ｖｇが印加され、電極３，４間には、バイアス印加回路１６から、正孔注入電極４側が正となるバイアス電圧Ｖｄが印加される。これにより、電子注入電極３からＮ型有機半導体材料層６に電子が注入され、正孔注入電極４からＰ型有機半導体材料層７に正孔が注入される。Ｎ型有機半導体材料層６内では正孔注入電極４側に向かって電子が輸送され、Ｐ型有機半導体材料層７内では電子注入電極３に向かって正孔が輸送される。
【００１８】
このとき、Ｐ型有機半導体材料層７は、電極間領域１０の中間部１１までしか形成されていないため、その電子注入電極３側の先端縁７ａにおいて、正孔が堰き止められて蓄積される。そのため、中間部１１付近において、有機半導体発光層７内での正孔および電子の再結合が集中的に生じ、効率的な発光が生じる。すなわち、ＰＮ接合域１２のうち、中間部１１の近傍の部分が、発光に実質的に寄与する。
【００１９】
このように、この実施形態によれば、Ｎ型有機半導体材料層６によって電極間領域１０（チャネル）の中間部１１まで電子を輸送し、Ｐ型有機半導体材料層７によって電極間領域１０の中間部１１まで正孔を輸送して、これらを中間部１１付近の有機発光材料層８内で再結合させる構成としている。したがって、電子および正孔をいずれも効率的に輸送することができ、かつ、それらを高効率で再結合させることができる。しかも、Ｎ型有機半導体材料層６およびＰ型有機半導体材料層７の材料を適切に選択することによって、容易に、キャリヤの注入バランスを適正化することができる。そのうえ、必要に応じて、電子注入電極３の材料としてＮ型有機半導体材料層６に対する電子注入効率の高いものを選択し、正孔注入電極４の材料としてＰ型有機半導体材料層７に対する正孔注入効率の高いものを選択するができ、このような材料の選択に困難を伴うこともない。そのため、全体として、極めて効率の高い発光を実現することができる。
【００２０】
電子注入電極３および正孔注入電極４は、たとえば、いずれもＡｕ電極で構成することができる。また、Ｎ型有機半導体材料層６は、たとえばＣ6−ＮＴＣ層（たとえば、層厚５０ｎｍで構成することができる他、次のようなＮ型有機材料のなかから任意に選択したものを構成材料として用いることができる。
NTCDI、C6-NTC、C8-NTC、F15-octyl-NTC、F3-MeBn-NTC等のNTCDI系材料。PTCDI、C6-PTC、C8-PTC、C12-PTC、C13-PTC、Bu-PTC、F7Bu-PTC、Ph-PTC、F5Ph-PTC等のPTCDI系材料。その他、TCNQ、C60フラーレン、F16-CuPc、F14-Pentacene等。
【００２１】
さらに、Ｐ型有機半導体材料層７は、たとえば、ペンタセン層（たとえば、層厚５０ｎｍ）で構成することができる他、次のようなＰ型有機材料のなかから任意に選択したものを構成材料として用いることができる。
Pentacene、Tetracene、Anthracene 等のアセン系材料。Copper Phthalocyanine等のフタロシアニン系材料。α-sexithiophene、α，ω-Dihexyl-sexithiophene、dihexyl-anthradithiophene、Bis(dithienothiophene)、α，ω-Dihexyl-quinquethiophene等のオリゴチオフェン材料。poly(3-hexylthiophene)、poly(3-butylthiophene)等のポリチオフェン材料。その他、oligophenylene、oligophenylenevinylene、TPD、α-NPD、m-MTDATA、TPAC、TCTA 等の低分子材料や、poly(phenylenevinylene)、poly(thienylenevinylene)、polyacetylene、poly(vinylcarbazole)等の高分子材料。
【００２２】
そして、有機発光材料層８は、Ｎ型有機半導体材料層６およびＰ型有機半導体材料層７よりも発光量子効率の高い有機半導体材料からなる層をいう。より具体的には、Ｎ型有機半導体材料層６およびＰ型有機半導体材料層７よりも、HOMO-LUMOギャップが狭く、電荷を閉じ込めることができる電気的特性を有する材料からなる層をいう。たとえば、ＴＰＤ膜（たとえば、膜厚１５ｎｍ）およびＡｌｑ3膜（Ｎ型有機半導体材料層６側に配置される電子注入材料層。たとえば膜厚１５ｎｍ）を積層した積層構造膜で構成することができる。より一般的には、有機発光材料層８は、たとえば、Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum(III) (Alq3)など蛍光を示す金属錯体系材料膜、このような金属錯体系材料にDCM2、Rubrene、Coumaline、Peryleneなどの他の蛍光色素をドープした膜、および4,4'-Bis(carbazol-9-yl)biphenyl (CBP)にfac-tris(2-phenypyridine) iridium (Ir(ppy)3)などのりん光発光色素をドープした膜のうち、少なくとも一つを含む単層または複合層（複数層の積層膜）とすることが好ましい。
【００２３】
さらに、有機発光材料層８は、Ｐ型有機半導体材料層７との間に介在された正孔輸送材料層を有していてもよく、また、正孔輸送材料と発光性材料とを混合成膜した構造としたりしてもよい。このような構造とすれば、発光領域に供給されるキャリヤの量を調整したり、発光領域を電荷がリッチなＰ型材料およびＮ型材料から離して電荷による発光減衰を防止したりすることができる。正孔輸送材料としては、a-NPD、TPDを始めとするジアミン系材料を挙げることができる。
【００２４】
同様の目的で、有機発光材料層８は、Ｎ型有機半導体材料層６（m-TDATAなど）との間に介在された電子輸送層を有していてもよく、また、電子輸送材料と発光性材料とを混合成膜した構造としたりしてもよい。電子輸送材料としては、PBDを初めとするオキサジアゾール系材料や、TAZを初めとするトリアゾール系材料、4,7-Diphenyl-1,10-phenanthroline (Bathophenanthroline)などを挙げることができる。
【００２５】
さらに、Ｐ型有機半導体材料層７から有機発光材料層８への正孔の注入を容易にするために、両者の間に、正孔注入層として、Copper Phthalocyanine、m-MTDATAなどの層（たとえば、層厚は１ｎｍ以下）を介装してもよい。さらに、Ｎ型有機半導体材料層６から有機発光材料層８への電子の注入を容易にするために、両者間に、電子注入層を介装する構造としてもよい。電子注入層としては、Alq3やBathophenanthrolineなどの電子輸送性有機半導体にリチウム(Li)、セシウム(Cs)などのアルカリ金属をドープした層、フッ化リチウム(LiF)を始めとするアルカリ金属・アルカリ土類金属フッ化物、酸化ゲルマニウム(GeO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)などの層を例示できる。
【００２６】
電子注入電極３および正孔注入電極４は、たとえば、基部と、この基部から延び出た互いに平行な複数の線状部とを含む櫛形電極であってもよい。そして、いずれも櫛形電極として形成された電子注入電極３および正孔注入電極４の線状部が、微小なギャップ（たとえば１０μｍ程度）を開けて噛み合うように基板上に形成されていてもよい。
図２は、図１の有機半導体発光素子の動作特性例を示すグラフである。横軸に電極間バイアス電圧Ｖｄ（ボルト）がとられ、縦軸には発光強度（任意単位）がとられていて、種々のゲート電圧Ｖｇ（ボルト）に関して特性を測定した結果が示されている。この図２から、ゲート電圧Ｖｇに応じて発光強度の変調が可能であり、適切に電圧値を選択すれば、発光のオン／オフの制御が可能であることがわかる。
【００２７】
図３Ａ〜３Ｆは、前記有機半導体発光素子の製造方法を工程順に示す図解的な断面図である。まず、図３Ａに示すように、表面に高濃度にＮ型不純物を導入して不純物拡散層からなるゲート電極１が形成されたシリコン基板上に、酸化シリコン膜２が形成され、この酸化シリコン膜２上に所定パターンの電子注入電極３および正孔注入電極４が間隔を開けて形成される。そして、この状態で、電子注入電極３から正孔注入電極４に至る領域にフォトレジスト２０が塗布される。この状態の基板の上方にフォトマスク２１が配置され、フォトレジスト２０が選択的に露光される。すなわち、フォトマスク２１には、Ｐ型有機半導体材料層７に対応する形状の開口２１ａが形成されていて、この開口２１ａに対応する領域のフォトレジスト２０が選択的に紫外線露光される。フォトレジスト２０は、紫外線露光を受けることにより、アルカリ現像液に対して可溶な性質に化学変化するものである。
【００２８】
次に、図３Ｂに示すように、アルカリ現像液を用いてフォトレジスト２０を現像することにより、正孔注入電極４が露出させられる。このとき、フォトレジスト２０は、Ｐ型有機半導体材料層７のパターンを反転したパターン（反転パターン）に現像されることになる。この後、さらに、次に形成されるＰ型有機半導体材料層７と酸化シリコン膜２との密着力を強化するための表面処理として、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン（シランカップリング剤）：密着性向上塗布剤）処理が行われ、さらに、Ｐ型有機半導体材料層７と正孔注入電極４（たとえばＡｕからなるもの）との密着力を強化するために、チオール（Thiol）化合物を用いた表面処理が行われる。
【００２９】
その後、図３Ｃに示すように、全面が紫外線露光され、基板上のすべてのフォトレジスト２０が紫外線によって露光される。
次いで、図３Ｄに示すように、全面にＰ型有機半導体材料層７が蒸着され、さらに、図３Ｅに示すように、アルカリ現像液を用いて、フォトレジスト２０が溶解させられる。これにより、Ｐ型有機半導体材料層７の不要部分がリフトオフされる。フォトレジスト２０は、図３Ｃの工程において予め紫外線に露光されているため、アルカリ現像液に容易に溶解する。また、Ｐ型有機半導体材料層７の形成前にＨＭＤＳ処理およびチオール化合物による表面処理を行っているため、リフトオフ時にもＰ型有機半導体材料層７と酸化シリコン膜２および正孔注入電極４との結合が強固に保持される。こうして、正孔注入電極４から電極間領域１０の中間部１１に至る領域にＰ型有機半導体材料層７を形成することができる。
【００３０】
その後は、図３Ｆに示すように、全面に有機発光材料層８およびＮ型有機半導体材料層６が順に蒸着されて、有機半導体発光素子が完成する。
図３Ｆの構成では、有機発光材料層８が電子注入電極３とＮ型有機半導体材料層６との間に介在しているが、電子は、有機発光材料層８を通り抜けて、電子注入電極３からＮ型有機半導体材料層６へと注入されるので、動作上の問題はない。むろん、図１に示すように、有機発光材料層８を電子注入電極３の上面には形成しないようにしてもよい。
【００３１】
図４は、この発明の第２の実施形態に係る方法が適用される有機半導体発光素子の構成を説明するための図解的な断面図である。この図４において前述の図１に示された各部に対応する部分には、図１の場合と同一の参照符号を付して示す。
この有機半導体発光素子では、有機発光材料層が設けられておらず、Ｐ型有機半導体材料層７とＮ型有機半導体材料層６とが、電極間領域１０の中間部１１で直接接合して、ＰＮ接合域１２を形成している。また、Ｎ型有機半導体材料層６は、前記中間部１１にその先端縁が位置していて、正孔注入電極４にまでは及んでいない。すなわち、この実施形態では、Ｎ型有機半導体材料層６とＰ型有機半導体材料層７とは、上下に積層された積層箇所を実質的に有していない。
【００３２】
この構成により、正孔注入電極４によってＰ型有機半導体材料層７に注入された正孔は、中間部１１付近の先端縁に蓄積され、電子注入電極３によってＮ型有機半導体材料層６に注入された電子は中間部１１付近の先端縁に蓄積される。これにより、ＰＮ接合域１２における正孔および電子の再結合により、高効率な発光が可能になる。
図５Ａ〜５Ｈは、図４の有機半導体発光素子の製造方法を工程順に示す図解的な断面図である。図５Ａ〜５Ｄの工程は、図３Ａ〜３Ｅの工程と同様である。その後、図５Ｅに示すように、全面にフォトレジスト２３が塗布され、フォトマスク２４をマスクとして紫外線露光が行われる。フォトマスク２４には、Ｎ型有機半導体材料層６に対応する領域に開口２４ａが形成されており、この開口２４ａに対応する領域が紫外線露光を受けることになる。フォトレジスト２３は、紫外線露光を受けることによって、アルカリ現像液に可溶な性質に化学変化するものである。
【００３３】
次に、図５Ｆに示すように、フォトレジスト２３がアルカリ現像液によって現像される。これにより、電子注入電極３から中間部１１に至る領域のフォトレジスト２３が剥離され、電子注入電極３および酸化シリコン膜２の電子注入電極３側の領域が露出する。このとき、フォトレジスト２３は、Ｎ型有機半導体材料層６のパターンの反転パターンに現像されることになる。
【００３４】
この現像の後には、次に形成されるＮ型有機半導体材料層６と酸化シリコン膜２との密着力を強化するための表面処理として、ＨＭＤＳを用いた密着強化処理が行われ、さらに、Ｎ型有機半導体材料層６と電子注入電極３（たとえばＡｕからなるもの）との密着力を強化するために、チオール化合物を用いた表面処理が行われる。この後、全面が紫外線露光される。これにより、フォトレジスト２３全体が紫外線に露光されることになる。
【００３５】
次いで、図５Ｇに示すように、全面にＮ型有機半導体材料層６が蒸着させられ、その後、図５Ｈに示すように、アルカリ現像液を用いてフォトレジスト２３が溶解させられる。これにより、Ｎ型有機半導体材料層６の不要部分がリフトオフされ、図４の構成の有機半導体発光素子が得られる。このリフトオフ工程では、基板上にＮ型有機半導体材料層６およびＰ型有機半導体材料層７の２種類の有機半導体材料層が形成されているが、前述の全面紫外線露光工程を経ているため、当該２種類の有機半導体材料層６，７のいずれに対しても、フォトレジスト２３の選択比を大きくとることができる。したがって、有機半導体材料層６，７に実質的な損傷を与えることなく、フォトレジスト２３を溶解させて、Ｎ型有機半導体材料層６をリフトオフできる。
【００３６】
図６は、この発明の第３実施形態に係る方法が適用される有機半導体発光素子の構成を示す図解的な断面図である。この図６において、前述の図１に示された各部に対応する部分には、図１の場合と同一の参照符号を付して示す。
この有機半導体発光素子では、電極間領域１０を二分するように、その中間部１１に、酸化シリコン膜２に接する有機発光材料層８が配置されている。そして、この有機発光材料層８の両側に、Ｐ型有機半導体材料層７およびＮ型有機半導体材料層６の積層構造膜が形成されている。したがって、正孔注入電極４および電子注入電極３のいずれにもＰ型有機半導体材料層７が接している。また、有機発光材料層８の近傍の領域が、正孔注入電極４側のＰ型有機半導体材料層７と電子注入電極３側のＮ型有機半導体材料層６との間のＰＮ接合域１２となる。
【００３７】
有機発光材料層８は、キャリヤ移動度は低いが、発光量子効率の高い材料である。そのため、正孔注入電極４から、これに接するＰ型有機半導体材料層７に注入された正孔は、有機発光材料層８で堰き止められ、その先端縁に蓄積される。一方、Ｎ型有機半導体材料層６には、電子注入電極３側のＰ型有機半導体材料層７を通り抜けて電子が注入される。この電子は、正孔注入電極４側へと向かうが、有機発光材料層８で堰き止められ、その先端縁に蓄積される。こうして、有機発光材料層８を挟んで、正孔注入電極４側には正孔が豊富に蓄えられ、電子注入電極３側には電子が豊富に蓄えられる。これらが、発光量子効率の高い有機発光材料層８で再結合することにより、高効率な発光が可能となる。
【００３８】
図７Ａ〜７Ｅは、図６の有機半導体発光素子の製造方法を工程順に示す図解的な断面図である。まず、図７Ａに示すように、表面に高濃度にＮ型不純物を導入して不純物拡散層からなるゲート電極１が形成されたシリコン基板上に、酸化シリコン膜２が形成され、この酸化シリコン膜２上に所定パターンの電子注入電極３および正孔注入電極４が間隔を開けて形成される。そして、この状態で、電子注入電極３から正孔注入電極４に至る領域にフォトレジスト３３が塗布される。この状態の基板の上方にフォトマスク３４が配置され、フォトレジスト３３が選択的に露光される。すなわち、フォトマスク３４には、Ｐ型有機半導体材料層７に対応する形状の開口３４ａおよびＮ型有機半導体材料層６に対応する開口３４ｂが形成されていて、これらの開口３４ａ，３４ｂに対応する領域のフォトレジスト３３が選択的に紫外線露光される。フォトレジスト３３は、紫外線で露光されることによって、アルカリ現像液に可溶な性質に化学変化するものである。
【００３９】
次に、図７Ｂに示すように、アルカリ現像液でフォトレジスト３３を現像することにより、正孔注入電極４および電子注入電極３が露出させられる。このとき、電極間領域１０の中間部１１に、Ｎ型有機半導体材料層６およびＰ型有機半導体材料層７の積層構造膜の反転パターンに対応したフォトレジスト３３が残り、その両側では、電子注入電極３および正孔注入電極４との間の領域において、酸化シリコン膜２が露出する。
【００４０】
この後、さらに、次に形成されるＰ型有機半導体材料層７と酸化シリコン膜２との密着力を強化するための表面処理として、ＨＭＤＳ処理が行われ、さらに、Ｐ型有機半導体材料層７と正孔注入電極４および電子注入電極３（たとえば、いずれもＡｕからなるもの）との密着力を強化するために、チオール化合物を用いた表面処理が行われる。その後には、全面が紫外線露光される。
【００４１】
次いで、図７Ｃに示すように、全面にＰ型有機半導体材料層７およびＮ型有機半導体材料層６が順に積層形成され、さらに、図７Ｄに示すように、アルカリ現像液を用いて、フォトレジスト３３が溶解させられる。これにより、Ｐ型有機半導体材料層７およびＮ型有機半導体材料層６の不要部分がリフトオフされる。こうして、電極間領域１０の中間部１１にギャップ３５を有する積層構造膜（有機半導体材料層６，７を積層した膜）が得られる。
【００４２】
リフトオフ工程では、基板上にＮ型有機半導体材料層６およびＰ型有機半導体材料層７の２種類の有機半導体材料層が形成されているが、前述の全面紫外線露光工程を経ているため、当該２種類の有機半導体材料層６，７のいずれに対しても、フォトレジスト２３の選択比を大きくとることができる。したがって、有機半導体材料層６，７に実質的な損傷を与えることなく、フォトレジスト２３を溶解させて、２種類の有機半導体材料層６，７を一括してリフトオフできる。
【００４３】
この後は、図７Ｅに示すように、全面に有機発光材料層８を蒸着すると、ギャップ３５内に有機発光材料層８が入り込み、図６の有機半導体発光素子と同等の構成が得られる。
図８は、この発明の第４の実施形態の方法が適用される有機半導体集積回路素子の図解的な断面図である。この有機半導体集積回路素子は、基板４０（たとえば、ガラス基板またはシリコン基板）上に複数の有機半導体トランジスタ４１を形成して構成されている。個々の有機半導体トランジスタ４１は、基板４０上に形成されたゲート電極４２と、このゲート電極４２にゲート絶縁膜４３（たとえば酸化シリコンからなるもの）を介して対向配置された有機半導体材料層４５と、この有機半導体材料層４５に接する一対の電極４６，４７（ソース電極およびドレイン電極）とを備えている。電極４６，４７は、有機半導体材料層４５においてゲート電極４２に対向している所定のチャネル領域４８を挟んで離隔対向配置されている。
【００４４】
個々の有機半導体トランジスタ４１を電気的に分離する素子分離の目的で、隣り合う有機半導体トランジスタ４１の有機半導体材料層４５は、互いに間隔Ｄを開けて分離されている。この間隔Ｄは、たとえば、１マイクロメートルのオーダーであり、これにより、サブミクロンルールの有機半導体集積回路素子が構成されている。
図９Ａ〜９Ｅは、図８の有機半導体集積回路素子における有機半導体材料層４５の形成工程を工程順に示す図解的な断面図である。まず、図９Ａに示すように、ゲート電極４２、ゲート絶縁膜４３および電極４６，４７が形成された基板４０の表面（正確には、ゲート絶縁膜４３および電極４６，４７の表面）の全面に、フォトレジスト５０が塗布される。この状態の基板４０の上方にフォトマスク５１が配置され、フォトレジスト５０が選択的に露光される。すなわち、フォトマスク５１には、有機半導体材料層４５に対応する形状の開口５１ａが形成されていて、この開口５１ａに対応する領域のフォトレジスト５０が選択的に紫外線露光される。フォトレジスト５０は、紫外線露光を受けることにより、アルカリ現像液に対して可溶な性質に化学変化するものである。
【００４５】
次に、図９Ｂに示すように、アルカリ現像液を用いてフォトレジスト５０を現像することにより、電極４６，４７の各一部が露出させられる。このとき、フォトレジスト５０は、形成すべき有機半導体材料層４５のパターンを反転したパターン（反転パターン）に現像されることになる。この後、さらに、次に形成される有機半導体材料層４５とゲート絶縁膜４３との密着力を強化するための表面処理として、ＨＭＤＳ処理が行われ、さらに、有機半導体材料層４５と電極４６，４７（たとえばＡｕからなるもの）との密着力を強化するために、チオール化合物を用いた表面処理が行われる。
【００４６】
その後、図９Ｃに示すように、全面が紫外線露光され、基板４０上のすべてのフォトレジスト５０が紫外線によって露光される。
次いで、図９Ｄに示すように、全面に有機半導体材料層４５が蒸着され、さらに、図９Ｅに示すように、アルカリ現像液を用いて、フォトレジスト５０が溶解させられる。これにより、有機半導体材料層４５の不要部分がリフトオフされる。フォトレジスト５０は、図９Ｃの工程において予め紫外線に露光されているため、アルカリ現像液に容易に溶解し、有機半導体材料層４５に対して高い選択比で除去される。また、有機半導体材料層４５の形成前にＨＭＤＳ処理およびチオール化合物による表面処理を行っているため、リフトオフ時にも有機半導体材料層４５とゲート絶縁膜４３および電極４６，４７との結合が強固に保持される。こうして、個々の有機半導体トランジスタ４１の電極４６，４７間に渡る領域に、これらの電極４６，４７に接する有機半導体材料層４５を形成することができる。
【００４７】
図１０Ａおよび図１０Ｂならびに図１１Ａおよび図１１Ｂは、この発明の第５の実施形態に係る方法を説明するための図解的な断面図である。図１０Ａに示すように基板６０上に断面がほぼ矩形のレジスト膜６１のパターンを形成し、その上に有機材料層６２を堆積してリフトオフを行うと、図１０Ｂに示すように、パターン化された有機材料層６２のエッジ部に突起６３が形成される場合がある。これが問題となる場合には、図１１Ａに示すように、レジスト膜６１を断面がほぼ逆台形形状となるように形成すると好ましい。これにより、図１１Ｂに示すように、リフトオフ後の有機材料層６２は、エッジ部に突起のない良好な断面形状を有することができる。逆台形断面のレジスト膜６１の形成には、たとえば、特許文献２または特許文献３に示されているような公知の方法を用いることができる。
【００４８】
有機材料層６２のエッジ部の突起を抑制または防止する他の方法は、図１２に示すように、形成しようとする有機材料層６２の層厚に比較して、レジスト膜６１を厚く（たとえば、有機材料層６２に対する層厚比で１０以上）形成することである。この場合、レジスト膜６１のパターンの側壁６４に付着する有機材料層部分の層厚は極めて薄くなるため、この有機材料層部分は、リフトオフ工程において、レジスト膜６１とともに除去される。こうして、突起の形成を抑制または防止できる。
【００４９】
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することが可能であり、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明の第１実施形態に係る方法が適用される有機半導体発光素子の構成を図解的に示す断面図である。
【図２】図１の有機半導体発光素子の動作特性例を示すグラフである。
【図３】図３Ａ〜３Ｆは、前記有機半導体発光素子の製造方法を工程順に示す図解的な断面図である。
【図４】この発明の第２の実施形態に係る方法が適用される有機半導体発光素子の構成を説明するための図解的な断面図である。
【図５】図５Ａ〜５Ｈは、図４の有機半導体発光素子の製造方法を工程順に示す図解的な断面図である。
【図６】この発明の第３実施形態に係る方法が適用される有機半導体発光素子の構成を示す図解的な断面図である。
【図７】図７Ａ〜７Ｅは、図６の有機半導体発光素子の製造方法を工程順に示す図解的な断面図である。
【図８】この発明の第４実施形態に係る方法が適用される有機半導体発光素子の構成を示す図解的な断面図である。
【図９】図９Ａ〜９Ｅは、図８の有機半導体発光素子の製造方法を工程順に示す図解的な断面図である。
【図１０】有機材料層のエッジ部に突起が形成される問題を説明するための図解的な断面図である。
【図１１】図１１Ａおよび図１１Ｂは、有機材料層のエッジ部の突起を抑制するための方法を説明するための図解的な断面図である。
【図１２】有機材料層のエッジ部の突起を抑制するための他の方法を説明するための図解的な断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１    ゲート電極
２    酸化シリコン膜
３    電子注入電極
４    正孔注入電極
５    有機半導体部
６    Ｎ型有機半導体材料層
７    Ｐ型有機半導体材料層
８    有機発光材料層
１０    電極間領域
１１    中間部
１２    ＰＮ接合域
１５    ゲート制御回路
１６    バイアス印加回路
２０    フォトレジスト
２１    フォトマスク
２１ａ  開口
２３    フォトレジスト
２４    フォトマスク
２４ａ  開口
３３    フォトレジスト
３４    フォトマスク
３４ａ  開口
３４ｂ  開口
３５    ギャップ
４０    基板
４１    有機半導体トランジスタ
４２    ゲート電極
４３    ゲート絶縁膜
４５    有機半導体材料層
４６    電極
４７    電極
４８    チャネル領域
５０    フォトレジスト
５１    フォトマスク
５１ａ  開口
６０    基板
６１    レジスト膜
６２    有機材料層
６３    突起
６４    側壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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